奥迪汽车制造总厂董事
范文一：静电容量的电压特性
静电容量的电压特性
【导读】本文将对
电压特性
电容器的实际静电容量值随着直流 (DC)与交流 (AC)电压而变化的现象叫做电压特性。 该变化幅度越小,说明电压特性越好,幅度越大, 说明电压特性越差。 以消除电源线纹波等 为目的在电子设备上使用电容器时,必须设想使用电压条件进行设计。
直流偏置特性
直流偏置特性是指,对电容器施加直流电压时实际静电容量发生变化 (减少 ) 的现象。这种现 象是使用了钛酸钡系铁电 体的高介电常数类片状多层陶瓷电容器特有的现象,导电性高分 子的铝电解电容器 (高分子 AI) 和导电性高分子钽电解电容器 (高分子 Ta) 、薄膜电容器 (Film)、氧化钛和使用了锆酸钙系顺电体的温度补偿用片状多层陶瓷电容器 (MLCC 下面举例说明实际上是如何发生的。假设额定电压为 6.3V ,静电容量为 100uF 的高介电常 数片状多层陶瓷电容器上施加了 1.8V 的直流电压。此时,温度 特性为 X5R 的产品,静电 容量减少约 10%,实际静电容量值变成 90uF 。而 Y5V 的产品,静电容量减少约 40%,实际 静电容量变成 60uF 。 图 1 各种电容器的静电容量变化率 -直流偏置特性 (示例 ) 向钛酸钡系铁电体施加直流电压时,电场小时,电位移 (D)与电场 (E)成正比,但随着电场增 大,原本方向混乱的自发极化 (Ps)开始沿电场的方向整齐排 列,显示非常大的介电常数, 实际静电容量值增大。随电场进一步增强,不久自发极化整齐排列完毕,分极饱和后, 介电 常数变小,实际静电容量值变小 (参照图 2) 。 因此, 在选择多层陶瓷电容器时, 请不要完全按照产品目录上记载的静电容量进行选择。 必 须先向适用的电源 (信号 ) 线施加直流电压成 分,测定静电容量,掌握实际静电容量值的情 况。但是, 这种直流偏置特性施加的直流电压成分越低, 静电容量减少幅度越小。 最近市面 上出现了以突破 1V 的电源 电压 (直流电压 ) 工作的 FPGA 和 ASIC 等半导体芯片。 如把多层 陶瓷电容器使用在这种芯片的电源线上时,不会出现很明显的直流偏置特性问题。 图 2 向铁电体陶瓷施加电压时的状态 交流电压特性 交流电压特性是指,对电容器施加交流电压时实际静电容量发生变化 (增减 ) 的现象。这一现 象与直流偏置现象相同, 是使用钛酸钡系铁电体的高介电常数类片状多层陶瓷电容器特有 的现象,导电性高分子的铝电解电容器 (高分子 AI) 和导电性高分子钽电解电容器 (高分子 Ta) 、 薄膜电容器 (Film)、 氧化钛和使用锆酸钙系的顺电体的温度补偿用片状多层陶瓷电容器 (MLCC 假设对额定电压为 6.3V ,静电容量为 22uF 的高介电常数片状多层陶瓷电容器施加 0.2Vrms 的交流电压 (频 率:120Hz) 。此时,温度特性为 X5R 产品的情况,静电容量减少约 10%, 实际静电容量值变成 20uF 。而 Y5V 产品更甚,静电容量减少约 70%,实 际静电容量变成 18uF 。 图 3 各种电容器的静电容量变化率 -交流电压特性 (示例 ) 如上所述, 铁电体陶瓷的结晶粒 (Grain)有分域 (Domain), 各个自发极化 (Ps)的方向是随机的, 整体上相当于无极化的状态。 在此之上施加电场 (E)时, 电场方向上产生极化, 达到饱和值。 在这种状态下即使去除电场, 极化方向也不会回到原来无序随机的状态, 多少会停留在极化 时的状态上,形成残留极 化,在外部显现。为了让这种残留极化归零, 需要反方向的电场。 逆电场进一步增强时会发生极化反转, 向相反方向进行极化。 类似这样的因外部电场而引起 的铁电 体的极化动作如图 4的 D-E 历史曲线 (磁滞曲线 ) 。 在交流高电压下, 流经电容器的电流在铁电体的情况下会产生较大的波形失真, 因此不能直 接适用于线性材料的定义 (*1)。但是,从实际静电容量值求得的相对介电常数 (εr)也可以说 成是磁滞曲线的平均倾斜度 (图 4虚线 ) 。 【导读】本文将对"静电容量的电压特性"进行说明。其中包括 电压特性、直流偏置特性以及交流电压特性，会对各种特性进行举例说明。通过对这些特性的了解，可以在设计电路的过程中更得心应手。 电压特性 电容器的实际静电容量值随着直流(DC)与交流(AC)电压而变化的现象叫做电压特性。 该变化幅度越小，说明电压特性越好，幅度越大，说明电压特性越差。以消除电源线纹波等为目的在电子设备上使用电容器时，必须设想使用电压条件进行设计。 直流偏置特性 直流偏置特性是指，对电容器施加直流电压时实际静电容量发生变化(减少)的现象。这种现象是使用了钛酸钡系铁电 体的高介电常数类片状多层陶瓷电容器特有的现象，导电性高分子的铝电解电容器(高分子AI)和导电性高分子钽电解电容器(高分子Ta)、薄膜电容器 (Film)、氧化钛和使用了锆酸钙系顺电体的温度补偿用片状多层陶瓷电容器(MLCC)上几乎不会发生这种现象(参照图1)。 下面举例说明实际上是如何发生的。假设额定电压为6.3V，静电容量为100uF的高介电常数片状多层陶瓷电容器上施加了1.8V的直流电压。此时，温度 特性为X5R的产品，静电容量减少约10%，实际静电容量值变成90uF。而Y5V的产品，静电容量减少约40%，实际静电容量变成60uF。 图1 各种电容器的静电容量变化率-直流偏置特性(示例) 向钛酸钡系铁电体施加直流电压时，电场小时，电位移(D)与电场(E)成正比，但随着电场增大，原本方向混乱的自发极化(Ps)开始沿电场的方向整齐排 列，显示非常大的介电常数，实际静电容量值增大。随电场进一步增强，不久自发极化整齐排列完毕，分极饱和后，介电常数变小，实际静电容量值变小(参照图 2)。 因此，在选择多层陶瓷电容器时，请不要完全按照产品目录上记载的静电容量进行选择。必须先向适用的电源(信号)线施加直流电压成 分，测定静电容量，掌握实际静电容量值的情况。但是，这种直流偏置特性施加的直流电压成分越低，静电容量减少幅度越小。最近市面上出现了以突破1V的电源 电压(直流电压)工作的FPGA和ASIC等半导体芯片。如把多层陶瓷电容器使用在这种芯片的电源线上时，不会出现很明显的直流偏置特性问题。 图2 向铁电体陶瓷施加电压时的状态 交流电压特性 交流电压特性是指，对电容器施加交流电压时实际静电容量发生变化(增减)的现象。这一现象与直流偏置现象相同， 是使用钛酸钡系铁电体的高介电常数类片状多层陶瓷电容器特有的现象，导电性高分子的铝电解电容器(高分子AI)和导电性高分子钽电解电容器(高分子 Ta)、薄膜电容器(Film)、氧化钛和使用锆酸钙系的顺电体的温度补偿用片状多层陶瓷电容器(MLCC)上几乎不会发生这种现 象(参照图3)。 假设对额定电压为6.3V，静电容量为22uF的高介电常数片状多层陶瓷电容器施加0.2Vrms的交流电压(频 率：120Hz)。此时，温度特性为X5R产品的情况，静电容量减少约10%，实际静电容量值变成20uF。而Y5V产品更甚，静电容量减少约70%，实 际静电容量变成18uF。 图3 各种电容器的静电容量变化率-交流电压特性(示例) 如上所述，铁电体陶瓷的结晶粒(Grain)有分域(Domain)，各个自发极化(Ps)的方向是随机的，整体上相当于无极化的状态。在此之上施加电场 (E)时，电场方向上产生极化，达到饱和值。在这种状态下即使去除电场，极化方向也不会回到原来无序随机的状态，多少会停留在极化时的状态上，形成残留极 化，在外部显现。为了让这种残留极化归零，需要反方向的电场。逆电场进一步增强时会发生极化反转，向相反方向进行极化。类似这样的因外部电场而引起的铁电 体的极化动作如图4的D-E历史曲线(磁滞曲线)。 在交流高电压下，流经电容器的电流在铁电体的情况下会产生较大的波形失真，因此不能直接适用于线性材料的定义(*1)。但是，从实际静电容量值求得的相对介电常数(εr)也可以说成是磁滞曲线的平均倾斜度(图4虚线)。 静电的特性及危害 1、静电的产生 当两种物体接触,其间距小于25×10-8厘米时,将发生电子转移,并在分界面侧出现大小相等、极性相板的两层电荷。当两种物体迅速分离时即可产生静电。 容易产生和积累危险静电的工艺过程, 1,、固体物质大面积摩擦。 2,、固体物质的粉碎、研磨过程,粉体物料的 筛分、过滤、输送、干燥过程,悬浮粉尘 的高速运动。 3,、在混合器中搅拌各种高电阻率物质。 4,、高电阻率液体在管道中高速流动、液体喷 出管口、液体注入容器。 5,、液化气体、压缩气体或高压蒸汽在管道中 流动或由管口喷出时。 6,、穿化纤布料衣服、高绝缘鞋的人员在操作、 行走、起立等。 2、静电的特点, 1,、电压高。静电能量不大,但其电压高。固体 静电可达到20万伏,液体静电和粉体静电 可达数万伏,气体和蒸汽静电可达1万伏以 上,人体静电可达1万伏以上。 2,、泄漏漫。因积累静电的材料的电阻率都很高, 其上的静电泄漏很慢。 3,、影响因素多。如材质、杂质、物料特征、工 艺设备,如几何形状、接触面积,、工艺参数 ,如作业速度,、湿度和温度、带电历程等因 素。由于静电的影响因素多,静电事故的随机性强。 3、静电的危害, 工艺过程产生的静电可能引起爆炸和火灾,也可给人以电击,还可能妨碍生产。 4、放电与引燃, A、各类静电放电种类 1,电晕放电。即在两电极间放电,引燃能 力很小。 2,刷形放电。非导体与导体间易发生,引 燃能力中等。 3,火花放电。发生在相距较近的带电金属 导体间,释放能量集中,引燃力很强。 4,传播型刷形放电。发生在具有高速起电 的场所,放电能量大,引燃能力很强。 5,在相同电位条件下,液面或固体表面带 负电荷时发生的放电,比带正电荷时发 生的放电对可燃气体的引燃能力大。 B、在下列环境条件下,可然物更易点燃, 1,可燃物的温度比常温高。 2,局部环境含氧量,或其它助燃气含量, 比正常空气中的高。 3,爆炸性气体的压力比常压高。 5、静电防护措施 静电最为严重的危险是引起爆炸和火灾。 因此,静电安全防护主要是对爆炸和火灾防 护。各种静电防护措施应根据现场环境、生 产工艺和设备、加工物件的特性以及发生静 电引燃,爆,的可能程度等制定相应制度。 基本防护措施, 减少静电荷产生 对接触起电的物料,应选用在带电序列中位置较临近的、或对生产正负电荷的物料加以适当组合,使最终达到起电量最小。 静电的特性及危害 出管口、液体注入容器。 5）、液化气体、压缩气体或高压蒸汽在管道中 流动或由管口喷出时。 6）、穿化纤布料衣服、高绝缘鞋的人员在操作、 行走、起立等。 2、静电的特点： 1）、电压高。静电能量不大，但其电压高。固体 素。由于静电的影响因素多，静电事故的随机性强。 3、静电的危害： 工艺过程产生的静电可能引起爆炸和火灾，也可给人以电击，还可能妨碍生产。 4、放电与引燃： A 、各类静电放电种类 1）电晕放电。即在两电极间放电，引燃能 力很小。 2）刷形放电。非导体与导体间易发生，引 燃能力中等。 3）火花放电。发生在相距较近的带电金属 导体间，释放能量集中，引燃力很强。 4）传播型刷形放电。发生在具有高速起电 的场所，放电能量大，引燃能力很强。 基本防护措施： 减少静电荷产生 对接触起电的物料，应选用在带电序列中位置较临近的、或对生产正负电荷的物料加以适当组合，使最终达到起电量最小。 静电容量的温度特性 【导读】 在接触电容器的过程中, 常常会因为温度的变化而对设计电路的效果产 生影响 ,如果能充分考虑到温度变化对电容器的影响,就可以将这种负面效果 消除, 甚至可以利用这种随温度而变化的特点。 本文将对 各种电容器的温度特性 一般来说, 电容器的静电容量会随着使用温度的变化而变化。 变化幅度越小, 温 度特性越好; 幅度越大, 温度特性越差。 当电容器使用于温度较高的汽车引擎室 内或者南极等寒冷地区的电子设备中时,必须考虑其使用环境条件来进行设计。 具有代表性温度特性的各种电容器的静电容量变化率 -温度特性,如图 1所示。 温度特性良好的电容器有导电性高分子铝电解电容器(高分子 AI ) 、薄膜电容器 (Film ) 、 温度补偿用独石陶瓷电容器 (MLCC 图 1:各种电容器的电容变化率 -温度特性(例) 独石陶瓷电容器的温度特性 独石陶瓷电容大致分为 2类,不同类型的温度特性不同。 (1) 一种是在公共标准中被归类于种类Ⅰ (Class1)的温度补偿用独石陶瓷电容 器中, 使用了二氧化钛与锆酸钙类电介质材料, 其静电容量对温度几乎呈现直线 性变化。将温度发生的变化称为温度系 数,其数值以每 1℃的百万分之一作为 单位(ppm/℃)表示。温度系数根据基准温度 (IEC, JIS 标准中为 20℃, EIA 标 准中为 25℃,此处以 25℃ 为基准 ) 中的静电容量值 C25与分类上限温度(最高 使用温度:设计上可连续使用电容器的最高环境温度)中的静电容量值 CT 定义 得出。 EIA 标准中规定了 0ppm/℃~-750ppm/℃范围内的数种静电容量温度系数。关于 代表性材料的温度特性,如下所示(参考图 2) 。适用的 JIS 及 EIA 标准的摘录, 如表 1所示。 图 2:温度补偿用电容器的电容变化率 -温度特性(例) 表 1:温度补偿用独石陶瓷电容器的温度系数值和公差以及其标记 温度补偿用独石陶瓷电容器有在 -55~+125℃温度范围内的静电容量变化温度系 数最大±30ppm/℃(25℃基准 ) , 与温度变化幅度小的 COG 特性产品。 原本, 温度 补偿用独石陶瓷电容器就因为电介质材料, 相对介电常数较小, 存在无法实现大 容量这一产品缺点。 (2) 另一种是在公共标准中被归类于 Class2(种类 2) 的高介电常数独石陶瓷 电容器, 使用了钛酸钡系的介电质材料, 其静电容量值对温度呈现出不规则的变 化。 因此,静电容量 -温度特性的标准值是针对基准温度(此处以 25℃为基准) 的静电容量值 C25, 通过适用温度范围内的静电容量变化率的最大值与最小值进 行规 定。 (参照式 2) 。 适用的 JIS 及 EIA 标准值的摘录, 如表 2所示。 分类温度范围内, 包括静电容量 值变化率限制在±15%以内的产品 (X5R特性品 ) 到容许 +22~-82% 的产品 (Y5V特 性品 ) 等多种产品规格。 近年来, 静电容量变化率在±15%级的 X5R 特性品的使用 比率有增加趋势,建议电路设计人员谨慎选择。 表 2:高介电常数型独石陶瓷电容器的温度特性规格及其标记范文二：静电容量的电压特性
范文三：静电的特性及危害
范文四：静电的特性及危害
范文五：静电容量的温度特性
